李陳樂　洪鑫

義務教育階段物理課程注重從生活走向物理。教師應基于學生的生活經(jīng)驗，設計既符合教學邏輯又符合學生認知水平的學生實驗，指導學生在實驗中建立現(xiàn)象與知識的聯(lián)系，從而形成對物理世界的基礎認知。隨著教育信息化2.0時代的到來，數(shù)字化實驗系統(tǒng)和教學平臺的融合應用為物理實驗教學注入了新的活力。筆者利用數(shù)字化實驗系統(tǒng)拓展“勻速直線運動”的實驗設計，并與教學平臺相融合，應用同屏、互動和推題功能，改進物理實驗探究教學方法，以提高教與學的互動性和有效性。

一、教學情況分析

“勻速直線運動”是自然界中最簡單的機械運動形式，也是學生學習探究滑動摩擦力的影響因素、牛頓第一定律、二力平衡等知識的重要基礎。從物理知識和邏輯上看，“勻速直線運動”實驗教學的核心是教師引導學生在單一的測量長度和測量時間的活動的基礎上學會系統(tǒng)分析物體的運動狀態(tài)，并經(jīng)歷綜合長度和時間的測量來設計測量速度的實驗方案的過程。速度不變的直線運動被稱為“勻速直線運動”，從字面上理解“勻速直線運動”是簡單的。這種運動狀態(tài)是理想化的，初中生抽象理解能力不強，對科學認知依賴具象化的實驗。教師設計教學活動，應引導學生在充分觀察現(xiàn)象的基礎上，概括實驗事實，在探究中獲得證據(jù)，形成結論。“勻速直線運動”在生活中并不常見，該實驗的設計是教學難點。教學中教師常以裝滿水的封閉玻璃管中的氣泡作為研究對象，分段測量氣泡在玻璃管內上升的速度并進行比較，從而引導學生探究“勻速直線運動”的規(guī)律。但受封閉玻璃管內氣泡上升太快等因素影響，實驗效果不理想^[1][2]。

為了彌補以上不足，筆者在探究物體運動規(guī)律之前，引導學生交流生活中觀察到的直線運動來充分調動學生的認知經(jīng)驗。某學生舉出平直公路上汽車行駛的例子，筆者順勢而為，以平直軌道上依靠勻速電動機拉力運動的簡易小車為探究對象，引導學生探究直線運動的規(guī)律。為了提升教學效果，教師可以借助技術手段將實驗設計與生活情境緊密聯(lián)系起來，立足學生“最近發(fā)展區(qū)”，滲透從生活走向物理的課程理念。

二、借助數(shù)字化實驗系統(tǒng)改進實驗方法

此課的教學重點是測量小車的運動速度，并且判斷物體運動過程中速度是否發(fā)生變化。筆者在學生觀察小車從軌道末端開始運動后，引導學生基于小車的運動路線、運動方向和運動快慢（即速度）探究小車的運動規(guī)律。對于小車的運動路線、運動方向，學生可觀察到小車的運動路線是直線，運動方向不變。對于小車的運動快慢，學生無法直接觀察、判斷，此時筆者指引學生思考如何設計實驗方案測量小車的運動速度。筆者調動學生的生活經(jīng)驗，啟發(fā)他們借鑒演示實驗和生活中乘車時經(jīng)過窗外路旁的行道樹的經(jīng)驗來設計實驗方案，并進一步引導他們表達觀點，說明理由，比較如下兩種方案的優(yōu)劣：方案一，相同路程，測時間比較速度，即選取相同的路程，測量小車通過每段路程所用時間，計算速度加以比較;方案二，相同時間，測路程比較速度，即選取相同的時間，測量相同時間內小車通過的路程，計算速度加以比較。

對于實驗方案的設計，筆者給予學生充足的思考時間，關注學生思路的表達。學生通過思考與討論認為，上述兩種實驗方案理論均具有可操作性，但是借用刻度尺和秒表分別測量時間和路程，人的反應時間對于小車運動過程中的相同時間的選取影響太大，所以從測量誤差的角度選用第一套方案來探究小車直線運動的規(guī)律。在常規(guī)實驗的基礎上，筆者進一步啟發(fā)學生借助技術手段，實現(xiàn)相同時間的選取，并引入靈敏度更高的傳感器來實施第二套方案。

（一）借助數(shù)字化實驗系統(tǒng)拓展實驗方案設計

數(shù)字化實驗系統(tǒng)有很多種，在探究“勻速直線運動”實驗中筆者選用的是數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室（Dislab）。數(shù)字化實驗裝置主要包括兩個位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、裝有勻速電機和滑塊的水平導軌以及裝有Dislab軟件的計算機，其中一個位移傳感器放置在勻速電動機帶動的滑塊上作為發(fā)射端，另一個位移傳感器置于軌道上作為接收端連接到數(shù)據(jù)采集器，并連接Dislab進行數(shù)據(jù)記錄與處理（如圖1）。需要說明的是，Dislab軟件中有支持用戶研究勻速直線運動規(guī)律的模塊，但其數(shù)據(jù)處理界面只能采集相應時間間隔的位移數(shù)據(jù)并直接繪制v-t圖像和s-t圖像（如圖2）。直接利用專用軟件無法直接顯示物體運動的路程隨時間變化的原始數(shù)據(jù)，學生需要經(jīng)歷探究過程中數(shù)據(jù)處理的過程，所以教學設計中選用通用軟件進行實驗。

實驗中，學生通過通用軟件設置頁面，先調零后設置數(shù)據(jù)采集器采樣時間間隔（1 s），調出數(shù)據(jù)采集的計算表格框，點擊自動記錄的開始按鈕和平直軌道上的勻速電動機開關，使小車運動起來。此時，計算機接收數(shù)據(jù)采集器傳輸?shù)奈灰苽鞲衅鲾?shù)據(jù)并直接顯示采集到的路程和時間數(shù)據(jù)（如圖3），即小車運動路程隨時間變化的原始數(shù)據(jù)。

（二）應用數(shù)字化實驗軟件進行高效的數(shù)據(jù)處理與分析

在探究過程中，筆者指導學生對原始實驗數(shù)據(jù)進行處理，速度計算，并繪制小車運動的路程隨時間變化圖像，即s-t圖像，并觀察s-t圖像探究小車運動規(guī)律。完成數(shù)據(jù)采集后，學生應用Dislab通用軟件左側工具欄中的“描點作圖”工具直接繪制s-t圖像（如圖4），并使用“線性擬合”功能對s-t圖像進行線性處理（如圖5）。學生借助Dislab即時獲得小車運動的路程和時間等實驗數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)處理，隨后用分析法和圖像法探究“勻速直線運動”規(guī)律，以及物體做“勻速直線運動”時通過的路程與時間的關系。

學生在前一節(jié)課學習了用刻度尺和秒表分別測量路程和時間進而計算速度的知識。位移傳感器的應用豐富了探究活動。師生應用位移傳感器采集數(shù)據(jù)非常精確和便捷。

三、應用教學平臺提高探究效率

教學平臺的應用有利于豐富課堂教學互動形式。師生使用教學平臺相關功能可以進一步提高實驗探究效率。本節(jié)課，筆者在相應的探究環(huán)節(jié)融合應用教學平臺，流程如圖6所示。

（一）應用同屏功能，增強演示實驗的可視化

演示實驗過程中，筆者利用同屏技術（軟件或者手機和電腦之間的屏幕鏡像功能），將小車在軌道上運動的實驗現(xiàn)象拉近到學生眼前，拓寬他們的觀察視野，保證了實驗教學的效果。教師還可以應用同屏功能進一步聚焦并放大實驗細節(jié)，顯示并記錄實驗的動態(tài)過程，以提高演示實驗的可視化程度，增強學生的體驗感，增強實驗教學的情境性^[3]。

（二）應用互動功能，增強師生、生生交互性

傳統(tǒng)教學模式下，教師通常借助教室多媒體硬件（實物展臺）來展示部分平面化的實驗報告，但后面和側面的學生看不清投影屏幕的內容以致展示交流的效果大打折扣。應用教學平臺的互動功能，教師與學生、學生之間可以實時主動交流與展示。借助Dislab獲得原始實驗數(shù)據(jù)后，學生應用教學平臺的互動功能，拍照上傳，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

此外，學生也可以將自己學案上的分析內容和繪制好的s-t圖像拍照上傳。在互動空間中，學生之間可以相互看到實驗數(shù)據(jù)處理的結果。教師可以看到所有小組的實驗情況，還能挑選其中具有分析價值的圖像讓大家討論，有效引導學生分析與論證、交流與合作。

（三）應用推題功能，測評概念學習的掌握度

本節(jié)課，為評估學生對于勻速直線運動的理解程度，筆者設計了概念辨析題，在線推送題目，讓學生用平板電腦答題并及時反饋（如圖7）。部分學生提交了答案，有8人答錯，其中6人錯選B選項。做“勻速直線運動”的物體，其速度是恒定的，速度不隨路程和時間的變化而變化，只能說該物體運動的路程與時間成正比。答題情況暴露出一些學生對于做“勻速直線運動”的物體的速度與它通過的路程和時間的關系存在認知錯誤，這可能是由于他們對于速度計算公式的印象根深蒂固造成的。針對系統(tǒng)反饋的情況，筆者及時分析原因，并進行糾正。

筆者應用教學交互平臺的推題、自動批閱和統(tǒng)計分析功能，實時對學生進行反饋，提高了教學的時效性。在此過程中，學生能夠自測，了解自己對概念和規(guī)律的掌握情況。教師可應用教學平臺的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析功能進行學情診斷和個性化差異分層指導，從而實現(xiàn)精準教學^[4]。筆者應用教學平臺推題功能檢測學生對知識的掌握程度做了一次有益的嘗試。教學平臺的推題與統(tǒng)計反饋功能也可以作為課堂練習的作業(yè)設計的有效途徑之一進行開發(fā)，從而完善教學過程評價與教學結果評價。

Dislab的應用優(yōu)勢在于能夠便捷獲得較為理想的實驗數(shù)據(jù)，高效助力實驗教學，如“勻速直線運動”。本節(jié)課的教學過程中，教學平臺支持下的課件同屏和直播及互動，有利于師生和生生之間進行交流互動，共享信息。教師借助教學平臺實時推送相關概念辨析題，實現(xiàn)人機互動，增強了物理教學的趣味性。教師通過實時推題，在線互動，加深學生對“勻速直線運動”的理解，這樣教學符合學生的認知規(guī)律。教師應用教學平臺的大數(shù)據(jù)功能，及時獲得學生的反饋信息，提高了物理教學的時效性。實施新的教學設計方案，有效優(yōu)化了物理課堂，教學過程順暢。

信息技術融入物理教學應服務于教學目標。數(shù)字化實驗系統(tǒng)和教學平臺融合用于改進物理實驗設計方案，增強了學生體驗，提高了課堂教學效率。教育教學信息化為提升教育教學質量拓展了新的思路，將教學技術和教學策略有效結合起來才能使教與學更有效^[5]。

注：本文系江蘇省教育科學“十四五”規(guī)劃課題“指向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的初中物理5E教學模式應用研究”（編號：D/2021/02/155）和常州市教育科學“十三五”規(guī)劃課題“初中物理實驗資源的開發(fā)和應用”（編號：CJKL2020239）的階段性研究成果。

參考文獻

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[2] 莫濱.對“充水玻璃管中氣泡運動實驗”的商榷[J].物理實驗，2012（7）：17-20.

[3] 焦曉源.利用同屏技術結合應用軟件增強課堂教學的情境性[J].物理教師，2021（1）：73-75.

[4] 管小慶，桑芝芳.基于極課大數(shù)據(jù)下的物理學情診斷和教學優(yōu)化策略[J].物理教師，2016（12）：70-73.

[5] 胡小勇，朱龍，馮智慧，等.信息化教學模式與方法創(chuàng)新：趨勢與方向[J].電化教育研究，2016（6）：12-19.

責任編輯：祝元志